لیزر، امواج گرانشی و حیات فرازمینی
چندین دهه از ساخت نخستین دستگاه لیزر میگذرد. پرتو لیزر کاربردهای زیادی در پژوهشهای مختلف علمی و صنعتی دارد. با این وجود، برخی پژوهشگران برجسته امیدوارند که بتوان از این فناوری در مسیر شناخت بسیاری از ناشناختهها استفاده کرد.
پروفسور رابرت بایر (Robert Byer) استاد فیزیک کاربردی دانشگاه استنفورد و مدیر مرکز پژوهشی فتونیک استنفورد یکی از این پژوهشگران است. او به تازگی در مصاحبهای با هفته نامه نیوساینتیست به تشریح روند آشنایی خود با لیزر و نیز کاربردهایی که این فناوری میتواند در آینده داشته باشد میپردازد.
آیا اولین باری که با لیزر روبرو شدید را به یاد دارید؟
در سال 1964 که دانشجوی دوره کارشناسی بودم، برای کار پاره وقت به یک شرکت کوچک در کالیفرنیا رفتم. هیچ کسی در اتاق مصاحبه نبود و به همین دلیل نیم ساعتی در آن اتاق روی صندلی نشتسم. ناگهان صدای داد و فریادی شنیدم و به سرعت از اتاق بیرون رفتم. دکتر ارل بل (Earl Bell) آنجا از من استقبال کرد و گفت «بیا یک دستگاه لیزر را به تو نشان دهم». او به تازگی یک دستگاه لیزر مبتنی بر گاز یونیزه ساخته بود. خیلی آن لحظات برایم شگفت انگیز بود. من یک سال آنجا به کار پرداختم.
چگونه مطالعات شما در حوزه لیزر به کشف امواج گرانشی انجامید؟
در سال 1988 و در جریان بازدیدی که از موسسه اخترفیزیک در کلورادو داشتم، با دکتر پیت بندر (Pete Bender) ملاقات کردم. او توضیحاتی در مورد برنامهای که برای شناسایی امواج گرانشی در فضا با استفاده از لیزرهای دقیق و بسیار پایدار داشت ارائه کرد. برای اجرای آن برنامه، سه ماهواره باید در قالب یک ساختار مثلثی به دور خورشید میچرخیدند. به این ترتیب نور یک ماهواره به دو پرتو اصلی تقسیم میشد و هر کدام از این دو پرتو یک میلیون کیلومتر را تا ماهوارهای دیگر طی کرده و سپس باز میگشتند. اگر امواج گرانشی (نوسانات بسیار کوچک در فضا-زمان) از ناحیه بین این ماهوارهها عبور میکردند، میتوانستیم با بررسی پرتوهای بازگشتی متوجه حضورشان بشویم. من به همراه همکارانم موفق به طراحی لیزر مورد نیاز پیت شدیم. اما سامانه ماهوارهای مورد نیاز این شیوه که لیسا (LISA) نام گرفته هنوز ساخته نشده است. گفتنی است لیسا مخفف «آنتن فضایی تداخل سنج لیزری» است.
چه طور شد به همکاری با رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری پرداختید؟
در طی آن بازدید، دکتر رینر ویس (Rainer Weiss) از من سئوالاتی در مورد «لیگو» (LIGO) پرسید. لیگو در واقع ایستگاه زمینی است که کارکردی مشابه «لیسا» دارد و البته در آن زمان تازه در حال ساخت بود. من در نهایت توانستم آنها را متقاعد کنم که از فناوری لیزر ما استفاده کنند.
لیگو توانست دو مورد امواج گرانشی را شناسایی کند. دومین مورد از این شناسایی کاملا رسانهای شد. اما نخستین مورد چه بود؟
نخستین سیگنال شناسایی شده به خاطر برخورد و ادغام دو سیاهچاله در فاصله 1.3 میلیارد سال نوری از زمین روی داد. محاسبات نشان داد که جرم مرکزی یکی از این سیاهچاله ها 29 برابر و دیگری 36 برابر جرم خورشید بود. این برخورد سبب شد که جرمی برابر با 3 برابر جرم خورشید در طی یک پنجم ثانیه به امواج گرانشی تبدیل شود. این رقم واقعا حیرت برانگیز است. این میزان برابر تریلیونها بمب هیدروژنی است.
نخستین موج گرانشی شناسایی شده به خاطر برخورد دو سیاهچاله بسیار بزرگ ایجاد شد.
آیا پروژه لیسا که از مدتها پیش برایش برنامه ریزی شده بود همچنان رها میشود؟
ماموریت مسیریاب لیسا که توسط آژانس فضایی اروپا در سال گذشته آغاز شد قرار است به بررسی فناوریهای مختلف بپردازد تا به این ترتیب مسیر برای آغاز به کار ای-لیسا (eLISA) آماده شود. ای-لیسا در شکل به روزرسانی شده طرح قبلی است. از آنجا که میتوانیم آنتنهایی بسیار بزرگ و قدرتمند را برای رصد امواج گرانشی در فضا قرار دهیم، ای-لیسا میتواند برای مشاهده امواج گرانشی بسیار بزرگی که به خاطر برخورد سیاهچالههای عظیم مرکز کهکشانهای دیگر به وجود میآید هم به کار رود.
پیشرفتهای ما در زمینه شناخت امواج گرانشی شباهت زیادی به پیشرفت گالیله در شناخت منظومه شمسی است. درست همان طور که گالیله با تلسکوپ خود به بررسی قمرهای مشتری میپرداخت، ما نیز با اولین دستگاه خود به بررسی امواج گرانشی میپردازیم. سالها بعد نیز از دستگاههایی پیشرفتهتر برای این منظور استفاده خواهیم کرد.
مرحله کنونی در شناخت امواج گرانشی شباهت زیادی به دوره گالیله و شناخت ما از منظومه شمسی دارد.
لیزر چه استفادههای دیگری در فضا دارد؟
یکی از آرزوهایم، ساخت آرایهای از تلسکوپها در فضا است که بتوان دور مداری مشخص حرکت کند. البته برای این کار باید از ساعتی بسیار پیشرفته برای تنظیم این تلسکوپها و بررسی نتایج آن برخوردار باشیم. دقیقترین ساعتهای موجود، ساعتهای مبتنی بر لیزر هستند که حتی اگر از لحظه شروع کیهان (مهبانگ) کار خود را آغاز کنند، باز هم در لحظه حال زمان را به صورت دقیق نشان خواهند داد و فقط یک میلی ثانیه اشتباه خواهند داشت.
این مجموعه تلسکوپی میتواند در ساختاری هماهنگ به دور محوری مشخص بچرخد و ساعتهای لیزری نیز میتوانند زمان دقیق را تعیین کنند. این آرایه تلسکوپی میتواند ابعادی به اندازه زمین داشته باشد، زیرا طول موج لیزر یک میلیون بار کوتاه تر از امواج رادیویی است. به این ترتیب حتی میتوان هر نوع نشانه حیات در سیارات خارج از منظومه شمسی را نیز شناسایی کرد.
با داشتن مجموعه ای از تلسکوپهای لیزری می توان حتی نشانه های حیات فرازمینی را نیز شناسایی کرد.
آیا میتوان از لیزر زمینی به عنوان انرژی پیشران برای فضاپیماهای مختلف استفاده کرد؟
بله. یک لیزر 20 مگاواتی میتواند به عنوان بخشی از سامانه پیشران یک ماهواره مورد استفاده قرار گیرد. البته فراموش نکنیم که چنین لیزری حدود 3 میلیارد دلار هزینه دارد که به همین دلیل فعلا صرفه اقتصادی ندارد. با این وجود باید به یاد داشته باشیم که دستگاه لیزری که در دهه 1890 میلادی 200 هزار دلار قیمت داشت، اکنون با قیمتی حدود 5 دلار در دسترس مردم قرار دارد. به همین دلیل شاید روزی که در آینده نزدیک بتوان از لیزر به عنوان یکی از پیشرانهای فضاپیماها استفاده کرد.
لیزر می تواند به عنوان انرژی پیشران در فضاپیماها مورد استفاده قرار گیرد.
مدتی پیش شنیدم که پیشنهاد ساخت لیزری چند گیگابایتی برای انبوهی از فضاپیماها که هر کدام به اندازه یک گوشی هوشمند هستند داده شده است. این فضاپیماهای کوچک به کمک صفحه خورشیدی و نیز لیزر میتوانند در فضا حرکت کنند و شاید بتوانند پس از 4 سال نوری به نزدیکترین ستاره برسند. لیزر میتواند سرعت این فضاپیماها را به یک چهارم سرعت نور برساند. به همین دلیل این فضاپیماهای کوچک میتوانند اطلاعات بسیاری زیادی در مورد سایر سیارات و حیات در آنها ارائه کنند.
ترجمه: صالح سپهری فر
No tags for this post.